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加工中心數(shù)字化改造的實(shí)踐性探索
閱讀：167 發(fā)布時(shí)間：2020-8-12文章預(yù)覽：
加工中心在工業(yè)制造業(yè)中發(fā)揮著重大作用，隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)其加工產(chǎn)品的精度、質(zhì)量、復(fù)雜性等方面提出了更高的要求，而傳統(tǒng)加工中心難以滿足。數(shù)控加工中心集自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)信息、傳感檢測(cè)、精密制造等現(xiàn)代化技術(shù)工藝于_體，依照事先編好的程序，加工出多形狀、高精度的零件[1]。而且，數(shù)控加工中心在節(jié)約成本、節(jié)省勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)效率等方面優(yōu)勢(shì)明顯，所以對(duì)傳統(tǒng)加工中心進(jìn)行數(shù)字化改造已成為趨勢(shì)，也是提升國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要途徑。
1加工中心數(shù)字化改造方案
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)加工生產(chǎn)使用的依然是傳動(dòng)加工中心，生產(chǎn)效率較低，且容易出現(xiàn)故障，對(duì)傳統(tǒng)加工中心進(jìn)行數(shù)字化改造就顯得尤為迫切，但也并非所有加工中心都適合改造。首先，要求加工中心基礎(chǔ)部件剛性強(qiáng)，可以拆卸組裝,并要保證改造后的整體性能。其次，考慮經(jīng)濟(jì)成本的投入，主要指數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)單元的選擇。其改造方案，可從以下幾個(gè)方面入手：
1.1數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)單元
數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控加工中心中占據(jù)著核心地位，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)加工中心的控制，通過數(shù)字化技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等實(shí)現(xiàn)其功能。現(xiàn)代工業(yè)制造設(shè)備正朝著高精密的方向邁進(jìn)，對(duì)精密度非常重視，而數(shù)控系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)單元是決定精密度的關(guān)鍵。很多傳統(tǒng)加工中心使用的是單板機(jī)簡(jiǎn)易控制器，以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng),配置明顯偏低，不論是精密度、穩(wěn)定性，還是顯示分辨率，都
收稿日期=2017- 03- 16
作者簡(jiǎn)介:劉大朋(1987-4 ,男，山東肥城人，本科,畢業(yè)于青島科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系,從事理論教學(xué)工作。
難以滿足當(dāng)前的工業(yè)制造需要。
德國(guó)、日本研發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)性能*，占據(jù)了大部分市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)不少工廠對(duì)檔次定位很高，所以為了提高生產(chǎn)效率,大都選擇使用國(guó)外品牌產(chǎn)品。比如，日本的FANUC系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)部分大企業(yè)便采用該數(shù)控系統(tǒng)，價(jià)格大約在8萬(wàn)元左右[2]。但對(duì)于中小型企業(yè)而言，成本過高，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，往往會(huì)選擇國(guó)內(nèi)品牌并進(jìn)行配置優(yōu)化。以KND- 1000M型數(shù)控系統(tǒng)為例，由北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司研發(fā)，采用32位微處理器?速度和精度都比較高，基本能滿足大部分制造要求。而且，系統(tǒng)還有其他多項(xiàng)功能，包括故障自行診斷、報(bào)警提示、PLC平臺(tái)、反向間隙補(bǔ)償?shù)取?/span>
驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)t可以選擇日本松下全數(shù)字式交流伺服單元，驅(qū)動(dòng)體積小，調(diào)試方便，整體性良好,可以根據(jù)實(shí)際需求而設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)，還能夠?qū)⒏鞑糠诌\(yùn)行情況清晰地顯示。同時(shí)，電機(jī)內(nèi)部裝有編碼器檢測(cè)元件,與數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋半閉環(huán)控制，使得伺服控制精度更高。以上兩者配合，既能滿足技術(shù)要求，又能節(jié)省成本。
1.2傳統(tǒng)加工中心的二次設(shè)計(jì)
KND數(shù)控系統(tǒng)由國(guó)內(nèi)研發(fā)，在數(shù)控功能上已經(jīng)比較完善。不過,隨著制造業(yè)產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜，要提高數(shù)控加工中心性能，還需要增加一些特殊控制，這是系統(tǒng)本身不能提供的，所以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)提供的平臺(tái)加以利用，與整體的自動(dòng)化控制模塊相融合。傳統(tǒng)加工中心功能有限，融合改造后，其性能和功能都會(huì)顯著提高。
傳統(tǒng)加工中心主軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度固定,不能隨意調(diào)整，只能滿足同一轉(zhuǎn)速要求的切削加工。而改造后,這些問題得到解決,新增的變頻調(diào)速功能，可以根據(jù)不同材料切削時(shí)對(duì)不同轉(zhuǎn)速的要求而做出相應(yīng)的調(diào)整。此外,改造前，加工中心工作時(shí)難免會(huì)遇到各種意外，如果突然斷電，主軸箱會(huì)自動(dòng)下滑,極易損壞內(nèi)部零件。改造后，在Z軸方向安裝剎車裝置，可以保證在突然斷電的情況下,主軸箱不會(huì)對(duì)其他部件造成損害。
潤(rùn)滑也是數(shù)控加工中心的重要組成部分，傳統(tǒng)加工中心采用手動(dòng)潤(rùn)滑方式，效率較低，需要潤(rùn)滑時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，常導(dǎo)致潤(rùn)滑不及時(shí)。改造后，對(duì)潤(rùn)滑油路做出重新設(shè)計(jì)，采用全自動(dòng)化潤(rùn)滑系統(tǒng),效率明顯提高，同時(shí)還具備報(bào)警提示功能，當(dāng)潤(rùn)滑油液面低于設(shè)計(jì)值時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
此外，還有裝卸刀具裝置。氣動(dòng)式裝卸刀具在很多企業(yè)被廣泛應(yīng)用d英刀方便快捷，但換刀系統(tǒng)設(shè)備成本較高，多應(yīng)用于大型加工中心,更為關(guān)鍵的是如果壓力達(dá)不到所需要的空氣壓力值，極有可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q刀動(dòng)作被阻止[4]。小型加工中心則更傾向于選擇手動(dòng)拉桿方式，操作不便，效率較低。所以，在此選擇_種電動(dòng)式裝卸刀具裝置，感應(yīng)開關(guān)可以監(jiān)控主軸上的刀具的運(yùn)行狀態(tài),操作更加方便，且準(zhǔn)確度高。電機(jī)控制回路會(huì)在裝置工作時(shí)被自動(dòng)切斷，狀態(tài)指示燈可反映出當(dāng)前的工作狀態(tài)。
1.3刀架改造和步進(jìn)電機(jī)
傳統(tǒng)加工中心的刀架滑動(dòng)由兩部分組成，包括平行方向和垂直方向的滑動(dòng)，這兩個(gè)方向的滑動(dòng)保證了刀架的運(yùn)動(dòng),但有效移動(dòng)范圍較小，應(yīng)確保刀具有足夠的移動(dòng)空間。原有的手柄設(shè)置不合理，在零件加工上動(dòng)力不足，應(yīng)在保留原有位置的基礎(chǔ)上，添加一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，把電機(jī)軸與傳統(tǒng)的絲桿進(jìn)行連接。綜合考慮體積、耗能和成本，步進(jìn)電機(jī)選為單片機(jī)。單片機(jī)控制可以減少干擾，能夠提高數(shù)據(jù)傳遞的速度。但隨著加工中心數(shù)字化改造技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)種類越來(lái)越多，且功能豐富，所以在選擇上要慎重。
2實(shí)際案例分析加工中心數(shù)字化改造操作
我國(guó)的加工中心數(shù)量眾多，其中普通加工中心占了近70%,自動(dòng)化以及半自動(dòng)化加工中心相對(duì)較少。從目前的工業(yè)制造行業(yè)來(lái)看,競(jìng)爭(zhēng)尤為激烈，要想獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，就必須優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
在此以某普通加工中心為例，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化改造，方案步驟大致如下：
1) 拆卸普通加工中心。這是改造的前提，選擇空間足夠大、人員出入少、清洗方便的區(qū)域作為工作場(chǎng)所。
加工中心已經(jīng)用過很長(zhǎng)時(shí)間，內(nèi)外各部分都很臟,先對(duì)其外部進(jìn)行清洗。當(dāng)然，電氣裝置應(yīng)當(dāng)受到保護(hù)。為保證拆卸過程中不會(huì)出現(xiàn)太多問題，提前搜集相關(guān)圖紙資料，準(zhǔn)備好拆卸工具,按照規(guī)范的方法和正確的步驟拆卸，每拆下一部分,做好詳細(xì)記錄，并把零件歸類放置。拆卸后，要及時(shí)清洗上油。
3本次改造對(duì)加工中心X軸、Z軸、電路系統(tǒng)、刀架等都進(jìn)行了更新，另外還增加了電控柜、防護(hù)罩、光柵編碼器等部件。安裝過程其實(shí)是各個(gè)部件的組合，先把零件組裝成組件，再組成部件，后整合安裝為加工中心。
0) 裝配結(jié)束，還需對(duì)其整體性能進(jìn)行調(diào)試。比如，改造后的加工中心幾何精度，選擇分度值為0.02mm/m的框式水平儀5],分別進(jìn)行軸向和徑向測(cè)量。如果發(fā)現(xiàn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，就適當(dāng)調(diào)整墊鐵，直到滿足標(biāo)準(zhǔn)為止。另外還有進(jìn)給系統(tǒng)功能、整機(jī)通電功能、輔助功能等各方面的調(diào)試[6]。終結(jié)果顯示,改造后的系統(tǒng)整體性能良好，比原來(lái)的系統(tǒng)加工精度高，生產(chǎn)效率也有所提高，同時(shí)減少了勞動(dòng)力，節(jié)約了成本投入。
3結(jié)語(yǔ)
在未來(lái)的工業(yè)制造行業(yè)，數(shù)控加工中心需求量更多，而且更偏重于精密性高、智能化強(qiáng)的數(shù)控加工中心。而我國(guó)目前數(shù)控加工中心所占比例較低，急需進(jìn)行數(shù)字化改造j曾加數(shù)控加工中心數(shù)量,滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。今后還應(yīng)加強(qiáng)研究，深入實(shí)踐進(jìn)行探索，采取合理可行的改造方案,滿足越來(lái)越高的要求，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展。
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結(jié)束語(yǔ)：